JPH1062080A

JPH1062080A - 配管部材およびヒートパイプ

Info

Publication number: JPH1062080A
Application number: JP22160496A
Authority: JP
Inventors: Takao Fukatami; 崇夫深民; Ryuichi Arakawa; 龍一荒川; Tomofumi Takahashi; 奉文高橋; Shinei Sato; 進英佐藤; Masami Takahashi; 正美高橋; Toshihiro Kaneda; 敏弘金田
Original assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Priority date: 1996-08-22
Filing date: 1996-08-22
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】内部に中空部を有し一面が平坦にされた板体
の端部に管体を接合する場合に、板体の平坦面に膨出部
を形成しなくて済む配管部材およびヒートパイプを提供
する。【解決手段】一端面に開口する断面半円状の中空部４
Ａを内部に有し、この膨出部４に沿って一面側には断面
半円状の膨出部が形成されているが他面側は平坦にされ
た板体１と、一端に中空部４Ａの開口部６Ａ内周面の断
面形状に対応する断面半円状をなす挿入部８が形成され
た管体２とを具備し、管体２の挿入部８が板体１の開口
部６Ａ内に挿入されて接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内部に中空流路を
有する金属板と、前記中空流路に接続された金属管とを
備えた配管部材、およびヒートパイプに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】２枚の金属板を張り合わせ、この複合板
を膨管型内にセットして高圧水を注入することにより、
金属板の一方または両方を膨管加工して任意形状の中空
流路を形成する技術は従来より知られており、例えば空
調装置や冷蔵庫の伝熱体、その他広範な分野に用いられ
ている。ところで、このように膨管加工により中空流路
を形成した複合板に金属管を接続する場合には、複合板
の端面に開口する開口部を工具を用いて円形に広げ、こ
の円形の開口部に金属管の一端を挿入してロウ付け等に
より接合する構造が一般に採られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
造では、複合板の端面に形成された開口部を断面円形に
拡径しなければならないので、一方の金属板のみを膨管
加工して他方の金属板を平坦に保つということが困難で
あり、複合板の端面近傍においては、両方の金属板をそ
れぞれ半円状に加工しなければならなかった。したがっ
て、得られた配管部材における複合板の片面を完全に平
面化することはできなかった。

【０００４】例えば図１４は、２枚の金属板を張り合わ
せた複合板３０において、片方の金属板のみを膨管加工
して膨管部３２を形成することにより、複合板３０内に
断面半円状の中空流路を形成し、さらにその中空流路の
端部に金属管３４を接続した配管部材を示している。こ
の配管部材においては、被冷却物に対する密着性を高め
るために、中空流路そのものを半円状として、複合板３
０の片面を平坦化したとしても、金属管３４の外径を収
容できるだけの断面円形の開口部を複合板３０の端部に
形成しなければならないから、中空流路の端部では、金
属板を両方とも塑性加工して膨出部３６，３８をそれぞ
れ形成しなければならない。すなわち、複合板の平坦面
側にも膨出部３６が生じてしまうのである。

【０００５】このため、膨出部３６が邪魔になって、被
冷却物を複合板３０の片面全面に密着させることができ
ないだけでなく、例えば図１５に示すように、発熱量の
大きいサイリスタなど薄型の電気素子４０の両面を、一
対の共通の配管部材で平行に挟んで冷却媒体循環により
冷却する場合などには、膨出部３６同士が干渉するため
に金属管３４を同じ側に向けることができず、互いに異
なる方向へ向けなければならない。このような場合、金
属管３４に冷却媒体を循環させるための冷却媒体経路を
単純化することができず、冷却機構の小型化が図れな
い。特に最近では、小型で発熱量の大きい素子を集中的
かつ効率的に、単純な冷却系を用いて冷却する要求が高
まっているのであるが、それに十分に応えることができ
なかった。

【０００６】なお、図１６に示すように、一方の金属板
４４のみを極端に膨出させて、他方の金属板４２を全く
膨出させずに、金属管４６を挿入できる開口部を形成す
ることも考えられなくもないが、この場合には金属板４
４の膨出部分が肉薄化して破断が生じやすいうえ、金属
管４６と開口部との間に空く大きな三角形状の隙間４８
を気密的に封止することが困難であり、実際には製造困
難である。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、内部に中空部を有し一面が平坦にされた板体の端
部に管体を接合する場合に、板体の平坦面に膨出部を形
成しなくて済む配管部材およびヒートパイプを提供する
ことを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明に係る配管部材は、少なくとも一端面に開口
する断面半円状の中空流路を内部に有し、この中空流路
に沿って一面側には断面半円状の膨出部が形成されてい
るが他面側は平坦にされた板体と、一端に前記中空流路
の開口部内周面の断面形状に対応する断面半円状をなす
挿入部が形成された管体とを具備し、前記管体の前記挿
入部が、前記板体の前記開口部内に挿入されて接合され
ていることを特徴とする。

【０００９】また、本発明に係るヒートパイプは、少な
くとも一端面に開口する断面半円状の中空流路を内部に
有し、この中空流路に沿って一面側には断面半円状の膨
出部が形成されているが他面側は平坦面とされた板体
と、一端に前記中空流路の開口部内周面の断面形状に対
応する断面半円状をなす挿入部が形成され、他端が封止
された管体とを具備し、前記管体の前記挿入部が、前記
板体の前記開口部内に挿入されて接合されたうえで前記
管体内部には、作動液が封入されていることを特徴とし
ている。

【００１０】

【発明の実施の形態】

［第１実施形態］図１および図２は、本発明に係るヒー
トパイプの第１実施形態を示す平面図および側面図であ
る。このヒートパイプは、板体１と、この板体１に接続
された２本の管体２とから構成されており、板体１が被
冷却物に当接される一方、管体２の他端には放熱手段が
固定されて使用に供される。板体１は、例えば２枚の金
属板を張り合わせたものであり、一方の金属板のみに厚
さ方向に膨出する断面半円状の膨出部４を形成し、他方
の金属板を平坦にすることにより、２枚の金属板の間に
図４に示すような断面が潰れた半円状をなす中空部４Ａ
が２本、互いに平行に形成されている。

【００１１】この実施形態の板体１は矩形状をなし、中
空部４Ａは、板体１の一端面において一端のみが開口し
た直線状をなし、その長さは板体１の他端部には到達し
ない長さとされている。但し、本発明はこの構成に限定
されない。例えば、板体１は円形や多角形状など他の形
状であってもよいし、必要であれば立体的に折り曲げら
れていても、湾曲していてもよい。中空部４Ａは一本だ
けでもよいし、３本以上であってもよい。さらに、中空
部４ＡはＵ字状など、両端が開口した流路であってもよ
い。

【００１２】板体１にはまた、各中空部４Ａの開口部に
対応して、それぞれ拡大部６が形成されている。これら
拡大部６は管体２を挿入するための部分であり、図３に
示すように、その端部には、膨出部４よりも縦横の開口
幅が拡大された断面半円状の開口部６Ａが形成されてい
る。なお、本明細書でいう「断面半円状」は、断面半円
形のみを厳密に意味するのではなく、断面半楕円形や、
断面台形状もしくは断面三角形状に近い形状までをも広
く含むものと定義する。ただしいずれの形状の場合も底
面は平坦面にされる。これは全ての実施形態に共通であ
る。

【００１３】一方、管体２の一端には、拡大部６の開口
部６Ａの内周面の断面形状に対応する断面半円状をなす
外周面を有する挿入部８が形成されており、この挿入部
８が開口部６Ａに挿入された状態で、管体２はロウ付け
等により板体１に気密的に固定されている。気密性の高
いロウ付けが行えるように、挿入部８の外形は開口部６
Ａの内面形状にできるだけ一致していることが望まし
い。

【００１４】管体２の挿入部８の形状を図５〜図７およ
び図９に示す。これらの図に示すように、管体２の先端
部の一定長部分は径方向に略中心まで潰され、断面半円
状とされて横方向に均等に張り出した挿入部８とされて
いる。すなわち挿入部８の直径は管体２の直径よりも大
きくなっている。挿入部８と管体２のその他の部分との
境界部はなだらかな斜面にされている。

【００１５】板体１および管体２の材質は本発明では限
定されず、各種金属、プラスチックまたはセラミックス
などいかなる材質であってもよいが、この実施形態のヒ
ートパイプなど伝熱性能が要求される場合には、銅、銅
合金、アルミニウム、アルミニウム合金などが好適であ
る。板体１の寸法や管体２の長さは特に限定されない
が、この実施形態を半導体素子冷却用のヒートパイプと
して使用する場合には、管体２の長さは１００〜５００
ｍｍ程度、中空部４Ａの横幅は１０〜４０ｍｍ程度、中
空部４Ａの高さは３〜１２ｍｍ程度、中空部４Ａの長さ
は５０〜５００ｍｍ程度、管体２の外径は６〜２２ｍｍ
程度であると好適である。

【００１６】この実施形態においては、各管体２内に適
量の作動液が入れられ、管体２の端部が塞がれている。
作動液としては、純水、アルコール、その他の有機溶
媒、フレオン、もしくはそれらの混合物などが使用可能
であるが、これらに限定されることはない。管体２の端
部を塞ぐには端部を潰してもよいし、端栓を用いてもよ
いし、後述する図１３の実施形態のように、別の板体１
を接続してもよい。

【００１７】作動液の環流を促進するためには、管体２
の内面の少なくとも一部にウイックを形成することが好
ましい。ウイックとしては、図８に示すように螺旋状ま
たは直線状の溝１０を管体２の内面に形成することが容
易であるが、その他にも、管体２の内面を粗面化した
り、微小突起または微小凹部を形成したり、金網状のシ
ートを丸めて挿入するなど、ヒートパイプの分野で従来
使用されているいかなるウイックを形成してもよい。ま
た、ウイックは管体２の全面に形成しなくてもよく、必
要な部分のみでもよい。例えば図９に示すように、挿入
部８の内面にはウイックが形成されていなくてもよい。

【００１８】また、板体１の中空部４Ａ内で作動液の沸
騰を促進するために、中空部４Ａの内面を粗面化しても
よい。沸騰促進のために粗面化する場合、その面粗さは
Ｒａ０．００２〜０．５ｍｍ程度、より好ましくは０．
００３〜０．１ｍｍが好都合である。

【００１９】この実施形態の製造方法としては、板体１
を金属で形成するのであれば、次のような方法が例示で
きる。まず２枚の金属板を用意し、一方の金属板に剥離
剤を印刷等により塗布して、中空部４Ａのパターンをな
す剥離剤層を形成する。剥離剤としては、硫酸バリウム
等の難溶性無機物粉末や炭素粉末を使用し、塗布時には
ポリビニルアルコールや水などの液体に分散させて使用
すればよい。溶媒は加熱により除去しておく。

【００２０】次に、剥離剤層を形成した側に他方の金属
板を載せ、加圧及び加熱して両者を拡散接合させる。こ
のとき、剥離剤の粒子が金属板の表面に若干食い込むの
で、剥離剤の粒径や硬度を調整することにより、中空部
４Ａ内面の粗面度を調整することが可能である。接合が
完了したら、剥離剤層と対応する端部をこじ開けてパイ
プを接続し、形成すべき膨出部４に対応した窪みが予め
形成されている金型に複合板を入れて両面を拘束し、高
圧流体を注入して膨出部４を形成する。そして、板体１
のパイプが接続された端部を切り捨ててから、開口した
中空部４Ａの端部を治具で拡径して拡大部６を形成し、
その開口部６Ａに、予め形成したおいた管体２の挿入部
８を挿入してロウ付けすればよい。但し、この製造方法
は一例であって、本発明はこの方法のみに限定されるわ
けではない。例えば、膨管前に拡大部６を形成して管体
２を接続し、これら管体２を通じて高圧流体を注入し、
膨出部４を形成することも可能である。

【００２１】上記構成からなるヒートパイプによれば、
図２に示すように板体１の膨出部４とは反対側の面を完
全に平坦化することが可能となる。したがって、板体１
の片面全面を被冷却物に当接できるうえ、例えば図１０
に示すように、２枚のヒートパイプで冷却すべき半導体
素子２０を挟む場合には、半導体素子２０が薄いとして
も、管体２が相互に干渉することなく、管体２を同一方
向へ向けた状態で２枚の配管部材を配置することが可能
である。このように、管体２を同一方向へ向けて配置す
ることができれば、管体２の他端に接続される放熱手段
を共通にすることができ、省スペース化が図れる。

【００２２】また、拡大部６の断面が半円状であるため
に、中空部４Ａの開口部を無理な形状に拡径する必要が
なく、拡大部６の形成時に破断や亀裂が生じにくく、そ
の分、太い径の管体２を使用することができる。ヒート
パイプの場合には、作動液の循環性を高めるために管体
２をある程度太くすることが必須であるから、本発明は
好適である。

【００２３】［第２実施形態］図１１に示すように、管
体２の挿入部８を若干屈折させることにより、板体１に
対して管体２を傾斜させてもよい。この場合、半導体素
子２０を挟んだ状態で管体２同士をさらに離間させるこ
とができ、その分、薄い半導体素子２０に対応できる利
点を有する。

【００２４】［第３実施形態］図１２に示すように、膨
出部４を平面視Ｕ字状に形成して、その両端に拡大部６
を形成し、それぞれ管体２を接続した構成としてもよ
い。板体１と管体２の接続構造およびその他の構成は先
の実施形態と同様でよい。この場合、用途はヒートパイ
プよりも、一方の管体２から他方の管体２へ熱媒を循環
させて対象物を冷却または加熱する用途に好適である。
その場合、管体２の端部は開口され、作動液は封入され
ない。管体２内に作動液を封入すればヒートパイプとし
ても使用できるが、作動液を２本の管体２に均等に分配
するように、ヒートパイプ使用時の姿勢に配慮すること
が必要である。

【００２５】なお、中空部４ＡをＵ字状に形成する代わ
りに、両端に管体２が接続された直線状、Ｌ字状、蛇行
形状等にすることも可能である。ヒートパイプとして使
用する場合も同様である。

【００２６】［第４実施形態］図１３に示すように、２
枚の板体１を管体２で接続した構成のヒートパイプ（ま
たは配管部材）も可能である。管体２および中空部４Ａ
の本数は限定されない。板体１は図示するように平行に
ずれていてもよいし、角度が付いていてもよいし、同一
平面上に位置していてもよい。他の構成は第１実施形態
と同様である。この実施形態によれば、半導体素子２０
に当接させた第１の板体１の中空部４Ａ内部で作動液が
沸騰し、その蒸気が管体２を通じて第２の板体１へ流
れ、放熱手段２２へ伝達される。放熱手段２２はヒート
シンクであってもよいし、冷却用のペルチェ素子などで
あってもよい。第２の板体１の中空部４Ａ内で液化した
作動液は再び管体２を通じて第１の板体１へ環流する。

【００２７】この実施形態においても、各板体１の片面
は完全に平坦化できるので、板体１の片面全面を半導体
素子２０または放熱手段２２へ無駄なく当接させること
ができ、コンパクト化が図れる。

【００２８】なお、以上の説明では本発明を伝熱体やヒ
ートパイプとして使用した例のみを説明したが、本発明
は伝熱用途のみに限定されず、例えば流体を移送するた
めの配管部材としても使用可能である。

【００２９】

【実施例】リン脱酸銅（ＪＩＳＣ１２２００）製の厚
さ２ｍｍ×幅１１０ｍｍの板材と、同じ材質からなる厚
さ４ｍｍ×幅１１０ｍｍの板材を３セット用意し、各板
材の片面を研磨および脱脂した。片方の板材の表面に、
硫酸バリウム微粉末を水で分散させてなる離型剤を塗布
して、図１に示すような膨出部４に対応する剥離剤層を
形成した。剥離剤層の幅は２０ｍｍ、剥離剤層同士の中
心線間隔は４２ｍｍとした。

【００３０】次に、剥離剤層上に他方の板材を載せ、窒
素ガスと水素ガスの混合ガス雰囲気下で加熱し、圧下率
３３％で熱間圧延し、厚さ４ｍｍ×幅１１０ｍｍの複合
板を３枚得た。各複合板の端面を、剥離剤層と対応する
位置でそれぞれこじ開け、金属管を接続した後、膨出部
４と対応する形状の凹部を有する膨管型内に複合板をセ
ットし、金属管から高圧水を注入して薄い方の金属板側
に膨出部４を形成した。金属管が接続されている各複合
板の端部を一定幅に亘って切り落とした。

【００３１】第１の複合板について、開口した中空部４
Ａに治具を挿入することにより冷間でさらに拡径して、
図３に示すような断面半円状の拡大部６を底幅２０ｍｍ
高さ１１ｍｍに形成したところ、拡大部６で亀裂を生じ
ることもなく加工が可能だった。一方、外径１５．８８
ｍｍの銅管の一端部を前記拡大部６の開口部６Ａに対応
する半円状に加工したうえ、開口部６Ａに挿入したとこ
ろ、容易にロウ付けをすることができ、気密性も十分で
あった。

【００３２】第２の複合板について、開口した中空部４
Ａに治具を挿入することにより冷間でさらに拡径して、
外径１５．８８ｍｍの銅管を挿入できるように図１６に
示すような断面半円状の拡大部を形成したところ、拡大
部で破断を生じた。

【００３３】そこで、第３の複合板について、開口した
中空部４Ａに治具を挿入することにより冷間でさらに拡
径して、外径１２．７７ｍｍの銅管を挿入できるように
図１６に示すような断面半円状の拡大部を形成したとこ
ろ、拡大部で破断を生じることはなかったが、これら開
口部に外径１２．７７ｍｍの銅管を挿入したところ、隙
間が大きくて気密的にロウ付けすることは困難だった。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る配管
部材およびヒートパイプによれば、板体の膨出部とは反
対側の面を完全に平坦化することが可能であるから、板
体の片面全面を物品に当接できるうえ、例えば、２枚の
ヒートパイプで物品を挟む場合には、物品が薄いとして
も、管体が相互に干渉することなく、管体を同一方向へ
向けた状態で２枚の本発明品を配置することが可能であ
る。このように、管体を同一方向へ向けて配置すること
ができれば、管体の他端に接続されるものを共通にする
ことができ、省スペース化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るヒートパイプの一実施形態を示す
平面図である。

【図２】同実施形態の側面図である。

【図３】図１中のIII線視図である。

【図４】図１中のIV線断面図である。

【図５】同実施形態に使用される管体の縦断面図であ
る。

【図６】同実施形態に使用される管体の平面図である。

【図７】同実施形態に使用される管体の底面図である。

【図８】同実施形態に使用される管体の横断面図であ
る。

【図９】同管体の挿入部の断面図である。

【図１０】同実施形態の使用態様の側面図である。

【図１１】本発明に係る他の実施形態の使用態様の側面
図である。

【図１２】本発明に係るさらに他の実施形態の平面図で
ある。

【図１３】本発明に係るさらに他の実施形態の使用態様
の側面図である。

【図１４】従来技術の問題点を示す側面図である。

【図１５】従来技術の問題点を示す側面図である。

【図１６】従来技術の問題点を示す要部の断面図であ
る。

【符号の説明】

１板体２管体４膨出部６拡大部８挿入部１０溝２０半導体素子

フロントページの続き (72)発明者佐藤進英福島県会津若松市扇町128の７三菱伸銅株式会社若松製作所内 (72)発明者高橋正美福島県会津若松市扇町128の７三菱伸銅株式会社若松製作所内 (72)発明者金田敏弘福島県会津若松市扇町128の７三菱伸銅株式会社若松製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一端面に開口する断面半円状
の中空流路を内部に有し、この中空流路に沿って一面側
には断面半円状の膨出部が形成されているが他面側は平
坦にされた板体と、一端に前記中空流路の開口部内周面
の断面形状に対応する断面半円状をなす挿入部が形成さ
れた管体とを具備し、前記管体の前記挿入部が、前記板
体の前記開口部内に挿入されて接合されていることを特
徴とする配管部材。
【請求項２】前記管体の内面の少なくとも一部には、
ウイックが形成されていることを特徴とする請求項１記
載の配管部材。
【請求項３】前記管体は断面円形をなし、その先端部
のみが断面半円状に形成されて前記挿入部とされている
ことを特徴とする請求項１または２記載の配管部材。
【請求項４】少なくとも一端面に開口する断面半円状
の中空流路を内部に有し、この中空流路に沿って一面側
には断面半円状の膨出部が形成されているが他面側は平
坦面とされた板体と、一端に前記中空流路の開口部内周
面の断面形状に対応する断面半円状をなす挿入部が形成
され、他端が封止された管体とを具備し、前記管体の前
記挿入部が前記板体の前記開口部内に挿入されて接合さ
れ、さらに前記管体内部には作動液が封入されているこ
とを特徴とするヒートパイプ。